电去离子
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电去离子技术在水处理中的应用摘要:电去离子技术是一种将电渗析技术及离子交换技术结合而形成的膜分离技术,在水处理中应用电去离子技术不仅能够大幅提升企业的经济效益,同时还可有效缓解环境污染问题。
基于此,本文首先介绍了电去离子技术的工作原理,并在此基础上分析了电去离子技术在水处理中的应用。
关键词:电去离子技术;水处理;应用1.电去离子技术的工作原理1.1离子交换除盐过程离子交换即水中的离子与离子交换树脂上的功能基团之间进行的等电荷反应,其是通过阴阳离子交换树脂上的活性基团选择性吸附水中的阴阳离子,在水与离子交换树脂接触时,阳离子交换树脂中所含有的Na等离子则会与溶解于水中的阳离子相互交换,阴离子交换树脂中所含有的CL等离子则会与溶解于水中的阴离子相互交换,进而方可有效去除溶解于水中的阴阳离子,确保水处理效果,实现净化目的。
1.2 电渗析脱盐过程电渗析技术是通过多组交替排列的阴阳离子交换膜脱盐,这种膜对于透过离子具有较高的要求,阳膜通常只允许阳离子透过,排斥水中的阴离子,而阴膜也只允许阴离子透过,但会排斥水中的阳离子。
在外部恒定电场的作用下,淡水室中的离子则会向同一方向迁移,阳离子透过阳膜则会迁移至负极方向,与此同时,阴膜则会将阳离子阻挡在浓水室中,而阴离子则会透过阴膜迁移至正极方向,同时,阳膜则会将阴离子阻挡在浓水室中,进而方可有效去除淡水室中的盐,实现脱盐目的。
1.3电去离子技术的脱盐过程电去离子装置则是由淡水室、浓水室及电极室等部分组合而成的,该装置要运行,则需在电渗析器的淡水室中填充阴阳离子交换树脂,这是因为纯水中离子交换树脂的电导率比我们通常所接触到的水的电导率要高出2至3个数量级,进而则会导致淡水室中溶液、交换剂、膜等体系的电导率大幅提升,这样一来,则会大幅消减电渗析器的极化现象,增大电渗析器的极限电流。
其次,若在淡水室中添加一定量的离子交换剂,与普通电渗析器相比,淡水室中的液流速度相对较快,与此同时,交换剂也具有一定的搅拌作用,使用交换剂则会加快离子的扩散,改善水的力学状态,进而也会大幅提升淡水室体系的电导率以及电渗析器的极限电流。
EDI是Electrodeionization的缩写,国内称之为填充床电渗析设备,是一种具有革命性意义的水处理技术,它巧妙地将电渗析技术和离子交换技术相融合,无需酸碱,而能连续制取高品质的纯水。
它具有技术先进、操作简便、良好的环保特性,代表着一种行业方向。
它的出现是水处理技术的一次革命性的进步,标志着水处理工业最终全面跨入绿色产业的行列。
EDI装置由增压泵、电去离子(EDI)膜块、直流稳压电源、流量计、仪表等组成。
合格的RO产水经增压泵增压进入EDI系统,EDI膜堆中混合离子交换树脂将不断的去除原水中的阴、阳离子,而通过膜堆电流将在阴膜和阳膜附近连续电离部分EDI进水中的水分子使之产生氢离子和氢氧根离子,电离的氢离子和氢氧根离子将再生混合离子交换树脂,同时交换下来的阴、阳离子经过反扩散分别由阴膜和阳膜进入浓水,部分浓水回流以保持浓水电导率,另一部分浓水和极水则连续排入地沟。
电再生过程使EDI系统既不需要停机也不需要传统的再生设备就能实现持续生产高质量的去离子水。
相对于离子交换制取高纯水处次投入大,但运行费用低而且稳定。
EDI(electrodeionization)是国外对电去离子技术的简称,而且在国外常把连续电去离子技术称为CEDI。
而实际上该技术就是国内通称的填充床电渗析器。
电去离子(EDI)过程中最关键的核心过程就是水电离所产生的H+和OH—离子,不断的自再生离子交换树脂。
1955年美国用EDI净水设备处理放射性废水;1987年美国millipore公司首先实现EDI净水设备生产的产业化;1991年Ionics公司进行EDI净水设备改型,并实现产业化。
目前提供EDI净水设备产品和工程服务的美国公司:Electropure 、Millipore、Ionpure 、Ionics、E-cell公司(加拿大与日本合作,现已被美国通用电气公司收购)。
我国对于EDI技术也早有研究,但由于我国一直未能将该技术进行产业化,因此现在已落后于美国。
EDI技术-电去离子法?一、EDI技术概况电去离子法(Electro deio nization),简称EDI,是一种将电渗析与离子交换有机地结合在一起的膜分离脱盐工艺,属高科技绿色环保技术。
它利用电渗析过程中的极化现象对离子交换填充床进行电化学再生,集中了电渗析和离子交换法的优点,克服了两者的弊端。
EDI技术结合了两种成熟的水处理技术-电渗析技术和离子交换技术,我国称此为填充床电渗析或电去离子技术。
它主要替代传统的离子交换混床来生产高纯水,环保特性好,操作使用简便,愈来愈多地被人们所认可,也愈来愈多广泛地在医药、电子、电力、化工等行业得到推广,至今,国际上已有3千多套EDI装置在运行,总容量已超过3万m3/h。
佳木斯EDI 超纯水设备哈尔滨实验室超纯水机,哈尔滨电子超纯水设备连续电除盐(EDI,Electro deio nization或CDI,continuous electrode ionization),是利用混和离子交换树脂吸附给水中的阴阳离子,同时这些被吸附的离子又在直流电压的作用下,分别透过阴阳离子交换膜而被除去的过程。
这一过程离子交换树脂是电连续再生的,因此不需要使用酸和碱对之再生。
这种新技术可以替代传统的离子交换装置,生产出高达18.2MΩ .cm(25℃)的超纯水。
EDI是利用阴、阳离子膜,采用对称堆放的形式,在阴、阳离子膜中间夹着阴、阳离子树脂,分别在直流电压的作用下,进行阴、阳离子交换。
而同时在电压梯度的作用下,水会发生电解产生大量H+和OH-,这些H+和OH-对离子膜中间的阴、阳离子不断地进行了再生。
由于EDI不停进行交换--再生,使得纯水度越来越高,所以,轻而易举的产生了高纯度的超纯水。
EDI(电除盐系统)工作原理高纯度水对许多工商业工程非常重要,比如:半导体制造业和制药业。
以前这些工业用的纯净水是用离子交换获得的。
然而,膜系统和膜处理过程作为预处理过程或离子交换系统的替代品越来越流行。
电去离子净水技术1电去离子净水技术电去离子净水技术是一种将电渗析和离子交换相结合的脱盐新工艺,其英文名称为electrodeionization,缩写成EDI.50年代起,美国Walters等[1]曾首先论述过电去离子过程,并用它来进行放射性废水的浓缩处理,但以后它在水处理脱盐领域应用的进展不大.30多年后,Millipore公司才推出以商品名为IonpureTMCDI的第一台电去离子净水器;同时又研制出按电去离子原理工作的ELIX组件,将它作为Milli-RXTM分析级纯水器配件一起投放国际市场.1990年,Ionpure公司又制造出改进组件[2].近年来,加拿大E-Cell公司还推出EDI产品组件E-CellTM,并组合成最大产水量达450m3/h的整套装置.据报道,目前采用EDI脱盐与采用混床相比,在国际上两者售价已不相上下.使用EDI脱盐的用户数,历年成指数曲线增长.电去离子净水技术在水处理脱盐领域内已得到工业应用和推广我国称电去离子净水技术为填充床电渗析.核工业部原子能研究所、国家海洋局杭州水处理中心和742厂等一些单位,从70年代起,曾作过填充床电渗析试验装置及相关技术的研究,也取得一些科研成果.但遗憾的是由于种种原因,使我国填充床电渗析技术停步不前,停滞了10多年,以致商品化的填充床电渗析器至今尚未面世.EDI,除能连续出水外,一不需化学药剂(酸、碱、盐)再生,从而不污染环境;二可无人值守,从而为实现自动化创造条件;三适应性广,从而可用于各行各业用水处理;四运行成本低,经济性好,易于普及推广.国外一些专家的论证与分析[3]表明,在当今的水处理脱盐系统中,采用反渗透(RO)与EDI组合工艺,可确保获得最佳的水处理工艺性能,其经济性也不错,为这种组合工艺的推广,提供了良好的发展前景.采用一般的电渗析脱盐处理来制取超纯水的进程中,当淡水室溶液中电解质离子的浓度极低时,电渗析过程就难以再进行下去.当电解质浓度过低时,溶液电阻升高,耗电量增加,效率下降,以至实际上无法用一般的电渗析脱盐来制得高质量的纯水.通常,采用电渗析脱盐与离子交换联合脱盐来制取超纯水,即将电渗析作为前处理,进行脱盐的粗加工,用它脱去原水含盐量的80~90,再用离子交换作为精加工,来脱除余下的10~20.这样,既发挥电渗析器脱盐能量消耗低、不使用酸碱、无污染、制水成本低等优点,又减轻了离子交换器的负担.从而,离子交换器的工作周期延长,再生次数减少,再生剂的总耗量大幅度降低,节约了能源,大幅度地减少了废酸碱的排放.这种电渗析与离子交换联合脱盐是属于两者外表的串联结合.填充床电渗析是属另一种结合,即电渗析与离子交换两者内在的合成一体的结合,见图1.从图1可见,所谓填充床电渗析器就是在电渗析器中的淡水室填装了阴、阳混合离子交换剂(颗粒、纤维或编织物)[4,5],将电渗析和离子交换置于一种容器中,两者内在地联合成一体.由于纯水中离子交换剂的导电能力比一般所接触的水要高2~3个数量级,由于交换剂颗粒不断发生交换作用与再生作用而构成了"离子通道",结果使淡水室体系(溶液、交换剂和膜)的电导率大大增加,从而减弱了电渗析器的极化现象,提高了电渗析器的极限电流,达到高度淡化.此外,当淡水室内填装离子交换剂时,淡水室中的液流速度比普通电渗析器中的大得多,而且交换剂起着搅拌作用,促进离子扩散,改善了水力学状态,从而也导致淡水室体系电导率的增大,极限电流密度也相应地提高.填充床电渗析器在运行电流超过极限电流时,膜和树脂附近的界面层发生极化,它使水离解,产生OH-和H,这些离子,除一部分被迁移至浓水室外,大部分将使淡水室中的阴阳离子交换剂再生,保持其交换能力.同时,交换剂的水解作用会使其本身得到部分电化学再生.填充床电渗析脱盐处理过程中同时进行着如下三个主要过程:1)在外电场作用下,水中电解质离子通过离子交换膜进行选择性迁移的电渗析过程;2)阴、阳混合离子交换剂上的OH-和H离子对水中电解质离子的离子交换过程(从而加速去除淡水室内水中的离子);3)电渗析的极化过程所产生的H和OH-及交换剂本身的水解作用对交换剂进行的电化学再生过程.前两个过程可提高出水水质,而最后再生过程却因进行再生反应而使水质变坏,然而这一再生过程是填充床电渗析器长期不间断运行所必需的,因此,只要选择适宜的工作条件,就能保证获得高质量的纯水,又能达到交换剂的自行再生.用填充床电渗析制备超纯水的运行实践[6]也表明,此时的工艺过程有两种状态:在欲脱盐水的盐浓度高时,淡水室中的树脂为盐基型;而在盐浓度低时,树脂将电化学地转为氢型和氢氧型. 这样,电渗析与离子交换两者有机错综地结合在一起,所发生的反应及过程,共同构成了整个电去离子过程.即利用离子交换能深度脱盐来克服电渗析过程因发生极化而脱盐不彻底;又利用电渗析极化而发生水电离产生H和OH-离子实现树脂自再生来克服树脂失效后通常要用化学药剂再生的缺陷.从而,使电去离子过程达到一种比较完美的境界.这种方法适合于含盐量低的水脱盐处理使用,它基本上能够去除水中全部离子,所以它在制备超纯水、纯水、软化水及处理放射性废水方面有着广阔的发展前景.EDI为何有如此广泛的适应性呢?下面提出一个反应叠加实用分析方法,用它来形象理解该问题和解释一些应用实例.2反应叠加实用分析方法在黄奕普等[7]所作的有关电去离子的大量实验及机理分析的基础上,笔者采用先将电去离子过程解体为各组成反应再叠加合成的分析方法,依据各组成反应的前后次序和发生地点,确定这些反应在某种应用场合下的主次地位,并对它们作侧重于离子交换方面的应用分析,该实用分析方法的要点描述如下:1)将电去离子过程解体为电渗析过程和离子交换过程,它们彼此独立,各受其所固有的规律所支配.它们两者虽然都起从水中除去离子的作用,但是在电去离子过程中电渗析起真正清除掉离子的作用,而离子交换仅仅起去离子的中间过渡作用.2)离子交换树脂截留住离子,抑制了电渗析,使离子交换进行;树脂解吸出离子,抑制了离子交换,使电渗析进行.以上两点,可形象地示意为:电去离子树脂截留离子树脂解吸离子电渗析↓离子交换↑电渗析↑离子交换↓3)电渗过程中离子迁移速度由该离子在水溶液和膜中的迁移率而定.各种离子迁移率的大小决定离子从淡水室迁移至浓水室的离子浓度分布层谱.在直流电场作用下离子电渗析迁移的方向与离子受水流流动挟带运动的方向相垂直.因此,在淡水室中阴离子和阳离子的浓度分布层谱分别偏向两侧.4)在电渗析出现浓差极化时会发生水的电离,它促使树脂解吸.发生浓差极化的位置在水溶液和树脂颗粒或膜之间的界面上,有随机性.在树脂颗粒表面界面层中发生水电离所生成的H和OH-离子,能及时将邻近失效树脂再生;在膜表面界面层中发生水电离所产生的一种离子(H或OH-)只是穿过膜,入浓水室,起电载体作用,不参与再生,另一种离子(OH-或H)作横向迁移,参与再生.原有的离子电渗析浓度分布层谱会被这种随机产生的水电离造成的树脂解吸所破坏,并且会出现离子多次被树脂解吸又吸附的现象.5)离子交换反应速度极快,远大于离子电渗析迁移速度,因此离子交换过程受扩散因素控制.同时,离子随水流挟带流动,水流不断冲刷树脂颗粒,使水中大部分离子在电渗析迁移出淡水室以前都被树脂吸附截留住,以后再逐步解吸并电渗析迁移出淡水室而除去.可见,在电去离子过程中,树脂是转运离子的中间体.6)电去离子过程中的离子交换应遵守通常的柱内离子交换层谱的分布规律[8]:在离子交换过程中,对某一种被吸附的离子,离子交换层可分为失效层、工作层和保护层;各离子层谱和先后置换的选择性顺序都根据它们与树脂的亲和力的大小而定.对强酸性阳树脂的选择性顺序为: Fe3 >Ca2 >Mg2 >K>Na>H对强碱性阴树脂的选择性顺序为:SO-4>NO-3>Cl->OH->HCO3->HSiO-3离子交换层谱是判定已处理水电去离子程度的依据.淡水室内水的流速愈大,离子的扩散速度愈小,层谱的扩展深度也就愈深.淡水室内水的流速取决于进出口压差和流阻.7)在描述电去离子过程时应将电渗析与离子交换有机地结合一起分析.根据当时各组成反应的前后次序和发生地点,确定各反应的主次地位,有时以电渗析的一些反应为主,有时则以离子交换的一些反应为主,最后再将它们叠加起来作综合分析.3实用分析方法的应用讨论3.1低含盐量时工况这种工况是指EDI用于制备超纯水和纯水时的工况.所谓超纯水是指将水质中电解质几乎完全除去,又将水中不离解的胶体物质、气体及有机物均去除至很低程度的水.超纯水中的剩余含盐量应在0.1mg/L以下,在25℃时水的电导率应小于0.1μS/cm.所谓纯水是指将水中易去除的强电解质去除,又将水中难以去除的硅酸及二氧化碳等弱电解质去除至一定程度的水.纯水中剩余含盐量应在0.1mg/L以下,在25℃时水的电导率应为0.1~1μS/cm.纯水又称去离子水,或深度脱盐水.制备超纯水和纯水的任何一种脱盐处理系统,一般都配有混床用它作为最后对水质把关的精加工设备.许多论证表明,RO与代替混床的EDI相组合,其工艺性能最佳.由于采用EDI,不需用化学药剂再生,可无人值守,连续出水,所以EDI最适于用来制备超纯水和纯水.需用超纯水和纯水的用户有两种,一种是半导体、电子、医药等行业和科研用,它们对水质要求很高,多半为超纯水,但单台制水设备的容量不大,大多在5m3/h以下.另一种是火力发电厂用,它们需用纯水作为高压锅炉的补给水,由于锅炉补给水量很大,希望单台制水设备的容量为100m3/h左右.火力发电厂采用EDI时,EDI的进水应为一级化学脱盐水或RO出水,其水质应达到SiO2<100μg/L,25℃时电导率<5μS/cm.EDI的出水至少应满足一级化学脱盐-混床系统出水标准:SiO2<20μg/L,25℃时电导率<0.2μS/cm.此时EDI的工况就属于低含盐量时的工况.这时,EDI进水含盐量很低,已比一般电渗析处理后的水低得多,因此,要讨论EDI用于低含盐量时的工况,最初可忽略电渗析过程,只考虑离子交换作用.结果,在EDI投运不久,淡水室内的树脂层就出现图2(a)所示的离子交换层谱.这一层谱,自上而下,对阳离子,是Fe3 、Ca2 (含Mg2 )和Na失效层,NaH的工作层,以及H保护层;对阴离子,则是SO42-、Cl-和HCO3-(含HSiO3-)失效层,以及OH-保护层.如果淡水室内所形成的这种离子交换层谱能稳定下来,即图2(a)所示的这种离子交换层谱不出现明显的变化(层谱伸长或收缩),这就表明进入淡水室内的一股欲处理水,当它从淡水室失效层顶部流到工作层底部时,其中所含的离子都已沿着流程不断地从淡水室迁移至浓水室了.因为,这时失效层中树脂本身已饱和,不可能再参与离子交换,欲处理水中的离子,在通过失效树脂层时不被吸附住,而是受直流电场的作用发生电渗析横向迁移,待到达工作底部,全部离子已迁移出淡水室.此时要注意到,在电场的作用下,树脂不断地进行着离子解吸和离子吸附,无论是纵向离子交换,还是横向电渗析迁移,都是一个动平衡过程,不断有离子进入和离子流出,进行着离子交换.欲处理水流过工作层以后,水中电解质离子已全部除去,得到了高质量的超纯水或纯水.工作层下方的保护层,起保护出水水质的作用.用它保障由于某种原因偶尔有离子穿入保护层时能将它们截留住,不发生离子穿透现象.在稳定工况下,在失效层和工作层中都不应发生明显的树脂自再生作用.由于这些层中水溶液内离子浓度相对较高,在水溶液和颗粒表面或膜之间界面上也不容易发生浓差极化,所以不容易发生水电离,从而树脂的自再生也不明显.只有在保护层中,水内电解质离子极少,易发生浓差极化,才会使水电离产生H和OH-离子,从而使得保护层中的树脂保持H型和OH型.如果从稳定工况转入不稳定工况,如进入淡水室中电解质离子减少时,则离子交换层谱中的失效层和工作层收缩,空出来的原有工作层具备使水电离的条件,实现树脂的自再生,使该层转化为保护层.一旦工作层向下移至保护层消失时,会出现电解质离子穿透,水质恶化.这说明进入淡水室中电解质离子过多,已超出该EDI设备的工作能力.3.2高含盐量时工况这种工况是指EDI用于制备部分脱盐水时的工况.这时,EDI的进水是自来水或经除悬浮物预处理的原水,其含盐量一般在200~300mg/L左右.这种部分脱盐水分别用于作为低压锅炉补给水和一般工业上用来调配涂料及清洗的用水.按我国低压锅炉水质标准规定,蒸汽锅炉采用锅外化学水处理时给水标准应达到硬度≤0.03mmol/L,而对热水锅炉则放宽硬度到≤0.6mmol/L.标准对水含盐量没有限制,应由采用此含盐量给水时核算锅炉排污率在经济上是否合理来定.一般工业用户对部分脱盐水水质的要求未作规定,根据用途不同,对水质的要求也有所差别,但对水质的一般要求与对工业锅炉给水的要求不相上下.这类用户采用EDI脱盐时,EDI就处在高含盐量时的工况.与低含盐量时工况相同,脱盐一开始,不计离子的电渗析迁移.等淡水室工作一段时间后,树脂层必然会出现图2(b)所示的离子交换层谱.这一层谱,自上而下,对阳离子,是Fe3 和Ca2 (含Mg2 )失效层、Ca2 Na的工作层以及Na(可能含少量H)保护层;对阴离子,则是SO42-和Cl-失效层、Cl- HCO3-(含HSiO3-)工作层以及HCO3-(含HSiO3-可能还含少量OH-)保护层.与EDI处在低含盐量工况时一样,高含盐量工况时EDI树脂层的自再生仍然靠直流电场作用下水的电离.在EDI正常运行中,自再生主要是在保护层中进行.如果EDI能间隔运行,那么停运的EDI利用更改运行参数如提高电压[9],可实现EDI树脂层的彻底再生,此时靠水电离出H和OH-离子,将树脂全部转变为H型和OH型,一旦EDI重新投运,则其树脂层又很快建立起上述离子交换层谱,见图2(b),从而实现高含盐量工况下水的电去离子处理.如果在高含盐量工况下使用EDI时淡水室内离子交换层能稳定地建立起来这种层谱,那么EDI 的出水就是部分脱盐的软化水.这种EDI出水与用Na离子交换软水不同,从阳离子来看,它直接除去欲处理水的Fe3 、Ca2 (含Mg2 ),且不再从树脂交换出Na来补充,而从阴离子来看,还除去部分SO42-和Cl-,从而使EDI出水的总含盐量大幅度减少.这种电去离子处理与单纯的电渗析或反渗透不同,此时由于离子交换作用参与,在正常运行下不会出现出水含有硬度离子Ca2 (含Mg2 )的现象,而经单纯电渗析或反渗透的水可能都含有少量钙、镁离子.EDI处理与其它膜处理一样,要注意灭菌和防垢.灭菌是指除去水中细菌,防止细菌在膜和树脂上滋生繁殖,常用紫外光照射.防垢是防止膜表面结垢,常用调节pH值先经软化处理,使EDI倒极[10]运行等方法,当EDI处在低含盐量工况时,因其进水含Ca2 极少,不会发生膜结垢问题. 为了防止膜结垢,如要采用上述防垢处理,不如采用一般的倒极电渗析作初步脱盐处理,这不但解决了EDI的膜结垢问题,同时也减轻了EDI的脱盐负担.因此,对于含盐量>300mg/L的高含盐量水,如要用EDI处理,更应先用普通的电渗析除去大部分钙和降低含盐量为宜.4结论电去离子方法是一种将电渗析和离子交换有机地结合在一起的离子分离方法.根据已有的大量实践和理论,将电去离子过程进行时所发生化学反应分清主次、前后和地点,得出描述电去离子的反应叠加实用分析方法,用它能圆满解释应用EDI除去水中电解质离子制备超纯水、纯水、软化水和部分去离子水等实用问题,从而有利于EDI的推广应用.在应用EDI来除去水中电解质离子时,EDI可在两种状态下工作:在低含盐量时,靠水电离产生H和OH-自行再生离子交换树脂,树脂H型和OH型工作,用EDI制得超纯水和纯水,供电子、医药等行业和火力发电厂使用,这种净水器称为电去离子纯水器[4];在高含盐量时,树脂呈盐基型,用EDI制得软化水和部分去离子水,供工业锅炉及有关工业使用,这种净水器称为电去离子软水器电去离子净水技术的推广普及,将实现不用酸碱盐化学药剂再生离子交换树脂,从而完成离子交换水处理工艺过程的重大变革,将它变为一种对环境无害的工艺.。
引言电去离子(Eiectrodeionzation,简称EDI)技术很好地融合了电渗析技术和离子交换技术,是一种将混床树脂填充于离子交换膜之间,在直流电场作用下实现连续除盐的新型水处理方法。
它兼有电渗析技术的连续除盐和离子交换技术深度脱盐的优点,又避免了电渗析技术浓差极化和离子交换技术中的酸碱再生等带来的问题。
该技术源于20世纪50年代,在现代工业飞速发展的背景下,于20世纪90年代取得了突破性进展,现在广泛地应用于电子、医药、能源等行业及实验室,可望成为未来主流的水处理技术。
本文主要通过在浙江嘉兴发电有限责任公司的EDI系统运行试验研究,考察该电厂反渗透出口的预脱盐水,通过脱碳处理后,能否通过EDI处理达到满足锅炉用水水质的要求,同时也为EDI系统用于电力生产时的运行、维护提供相应的数据和经验。
1系统概述1.1EDI原理EDI在我国也称之为填充床电渗析。
电渗析器的淡水室装了阴、阳混合离子交换剂(颗粒、纤维或编织物),将电渗析和离子交换两个过程在同一容器中进行,使两个过程内在地联系在一起(如图1)。
图1EDI装置工作原理图一般认为EDI的原理在横向上可以分为离子交换、直流电场下离子的选择性迁移和树脂的电再生3方面[1]。
在高纯水中,离子交换树脂的导电性能比与之相接触的水要高2~3个数量级,所以几乎全部的从溶液到脂面的离子迁移都是通过树脂来完成的。
水中的离子,首先因交换作用吸附于树脂颗粒上,再在电场作用下,经由树脂颗粒构成的离子传播通道迁移到膜表面并透过离子选择性膜进人浓水室。
同时,在树脂、膜与水相接触的界面处,界面扩散中的极化使水解离为氢离子和氢氧根离子。
它们除部分参与负载电流外,大多数又起到对树脂的再生作用,从而使离子交换、离子迁移、电再生3个过程相伴发生、相互促进,达到连续去离子的目的。
在纵向上我们又可以把EDI工作过程由进水侧到产水侧分成3部分,靠近进水侧称为饱和区,即这部分区间里,填充的树脂已和进水的离子发生离子交换;靠近出水侧的称为再生区,即在这部分区间里,出水的大部分离子已经除去,少量弱电离离子在这里得到去除,同时纯水在这个区间里被电离,生成的H+和OH-得以再生填充的树脂。
EDI装置用户手册一.EDI技术简介1.1 EDI的工作原理电去离子(Electrodeionization 简称EDI)是将电渗析膜分离技术与离子交换技术有机地结合起来的一种新的制备超纯水的技术,它利用电渗析过程中的极化现象对填充在淡水室中的离子交换树脂进行电化学再生。
EDI膜堆主要由交替排列的阳离子交换膜、浓水室、阴离子交换膜、淡水室和正、负电极组成。
在直流电场的作用下,淡水室中离子交换树脂中的阳离子和阴离子沿树脂和膜构成的通道分别向负极和正极方向迁移,阳离子透过阳离子交换膜,阴离子透过阴离子交换膜,分别进入浓水室形成浓水。
同时EDI进水中的阳离子和阴离子跟离子交换树脂中的氢离子和氢氧根离子交换,形成超纯水。
超极限电流使水电解产生的大量氢离子和氢氧根离子对离子交换树脂进行连续的再生。
传统的离子交换,离子交换树脂饱和后需要化学间歇再生。
而EDI膜堆中的树脂通过水的电解连续再生,工作是连续的,不需要酸碱化学再生。
1.2 EDI的发展历史受成本、环境和质量因素的影响,超纯水的生产工艺在最近的几十年内经历了很多变化。
一个趋势特别明显,即减少对离子交换(IX)的依赖程度,其目的在于将化学药品使用减少到最低,并提高水的利用率。
反渗透(RO)技术能将水中95%-98%的离子去除,从而大大减少了酸碱的用量,但还不能完全不使用化学药品。
为了制备超纯水,通常采用反渗透+混床工艺。
混床离子交换技术一直作为超纯水制备的标准工艺。
由于其需要周期性的再生,在再生过程中使用相应的化学药品(酸碱),已无法满足现代工业清洁生产和环保的需要。
于是将电渗析技术和离子交换技术有机结合形成的EDI技术成为水处理技术的一场革命。
1.3 EDI的应用领域EDI技术具有技术先进、操作简便、无污染,是清洁生产技术,在微电子工业、电力工业、医药工业、化工工业和实验室等领域得到日趋广泛的应用。
二.EDI膜堆性能参数型号EDI-500 EDI-1000 EDI-250产水流量(m3/h) 0.3-0.5 0.5-1.0 1.2-2.5 浓水流量(m3/h) 0.10-0.2 0.10-0.4 0.2-0.8 最高工作压力(MPa) 0.4 0.4 0.4 进出口压差( MPa) 0.1-0.25 0.1-0.25 0.1-0.25 浓水压力(MPa) 0.1-0.15 0.1-0.15 0.1-0.15 最高电流(A) 3.5 3.5 3.5最高电压(V) 100 150 300 回收率70-75%75-80 %90-95 %工作温度(℃)5-38 5-38 5-38 最高温升(℃) 2.0 2.0 2.02.1产水流量流量过低会增加滞流层,浓差极化程度大,影响离子的迁移,而且可能造成水温升高,膜堆部件受热变形。
电去离子(EDI)系统概述
电去离子(Electrodeionization)简称EDI,是一种将离子交换技术,离子交换膜技术和离子电迁移技术相结合的纯水制造技术。
属高科技绿色环保技术。
EDI净水设备具有连续出水、无需酸碱再生和无人值守等优点,已在制备纯水的系统中逐步代替混床作为精处理设备使用。
这种先进技术的环保特性好,操作使用简便,愈来愈多地被人们所认可,也愈来愈多广泛地在医药、电子、电力、化工等行业得到推广。
电去离子(EDI)系统的工作原理
电去离子(EDI)系统主要是在直流电场的作用下,通过隔板的水中电介质离子发生定向移动,利用交换膜对离子的选择透过作用来对水质进行提纯的一种科学的水处理技术。
电渗析器的一对电极之间,通常由阴膜,阳膜和隔板(甲、乙)多组交替排列,构成浓室和淡室(即阳离子可透过阳膜,阴离子可透过阴膜).淡室水中阳离子向负极迁移透过阳膜,被浓室中的阴膜截留;水中阴离子向正极方向迁移阴膜,被浓室中的阳膜截留,这样通过淡室的水中离子数逐渐减少,成为淡水,而浓室的水中,由于浓室的阴阳离子不断涌进,电介质离子浓度不断升高,而成为浓水,从而达到淡化,提纯,浓缩或精制的目的。
电去离子(EDI)系统的应用领域
1、电厂化学水处理
2、电子、半导体、精密机械行业超纯水
3、食品、饮料、饮用水的制备
4、小型纯水站,团体饮用纯水
5、精细化工、精尖学科用水
6、其他行业所需的高纯水制备
7、制药工业工艺用水
8、海水、苦咸水的淡化
电去离子(EDI)系统原理图EDI膜片。